Волноводный усилитель, легированный эрбием - Erbium-doped waveguide amplifier

"EDWA" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. EDWA (значения).

An волноводный усилитель, легированный эрбием (или же EDWA) является разновидностью оптический усилитель. Это близкий родственник EDFA, Волоконный усилитель, легированный эрбием, и фактически основные принципы работы EDWA идентичны принципам работы EDFA. Оба они могут использоваться для усиления инфракрасного света на длинах волн в полосах оптической связи между 1500 и 1600 нм. Однако в то время как EDFA изготавливается с использованием отдельно стоящего волокна, EDWA обычно производится на плоской подложке, иногда способами, которые очень похожи на методы, используемые в производстве электронных интегральных схем. Таким образом, основное преимущество EDWA перед EDFA заключается в их способности тесно интегрироваться с другими оптическими компонентами на той же плоской подложке, что делает ненужными EDFA.

Ранняя разработка

Ранняя разработка EDWA была мотивирована обещанием (или надеждой), что он может поставлять меньшие и более дешевые компоненты, чем те, которые доступны с EDFA. Развитие волноводных усилителей, наряду с другими типами оптических усилителей, пережило очень быстрый рост на протяжении 1990-х годов. Несколько исследовательских лабораторий, частных компаний и университетов приняли участие в этой работе, сосредоточив внимание на разработке основных материаловедения, необходимых для их производства. Они включали Bell Laboratories (Lucent Technologies, США), Teem Photonics (Meylan, Франция), Molecular OptoElectronics Corp. (Нью-Йорк, США) и некоторые другие.[1] Каждый из них выбрал уникальный путь в своих исследованиях и экспериментировал с разными подходами. Однако с тех пор большая часть этих усилий была прекращена.

Компания MOEC разработала уникальный микромеханический подход к созданию канальных волноводов, которые могут быть легированы редкоземельными элементами в высоких концентрациях.[2] Они могли вырезать, полировать и склеивать прямые участки канальных волноводов различной длины (обычно несколько сантиметров) и поперечного сечения (обычно несколько десятков микрон). Эти волноводы обычно характеризовались относительно большими площадями поперечного сечения и высоким показателем контрастности. В результате, в отличие от одномодовых волокон, они были многомодовыми и могли поддерживать несколько оптических режимов на одной длине волны и поляризации. Основным способом ввода и вывода света в такой волновод было использование объемных оптических компонентов, таких как призмы, зеркала и линзы, что еще больше усложняло их использование в волоконно-оптических системах.

Компания Teem Photonics использовала процесс ионного обмена для создания канального волновода из фосфатного стекла, легированного редкоземельными элементами.[3] Полученные волноводы обычно были одномодовыми волноводами, которые можно было легко интегрировать с другими волоконно-оптическими компонентами. Кроме того, в одну схему можно интегрировать несколько различных элементов, включая блоки усиления, ответвители, разветвители и другие.[4] Однако из-за относительно низкого контраста показателей преломления между сердцевиной и оболочкой в ​​этих волноводах выбор оптических элементов, которые могут быть изготовлены на такой платформе, был довольно ограничен, и результирующий размер схемы имел тенденцию быть большим, т.е. Доступны оптоволоконные аналоги.

Bell Labs применила еще один подход к созданию EDWA, используя технологию так называемого «кремниевого оптического стенда».[5] Они экспериментировали с различными составами стекла, включая алюмосиликат, фосфат, натронную известь и другие, которые можно было наносить тонкими слоями поверх кремниевых подложек.[6] Впоследствии с помощью фотолитографии и различных методов травления могут быть сформированы различные волноводы и волноводные схемы. Bells Labs успешно продемонстрировала не только усиление с высоким коэффициентом усиления, но и возможность интеграции активных и пассивных элементов планарного волновода, например блок усиления и соединитель насоса в одной цепи.[7]

Спустя годы

Усилия по коммерческой разработке EDWA активизировались в 2000-х, когда к гонке присоединилась компания Inplane Photonics.[8] В целом их подход был аналогичен подходу Bell Labs, то есть технологии кремнезема на кремнии. Однако Inplane Photonics удалось улучшить и расширить возможности этой технологии за счет интеграции двух-трех различных типов волноводов на одном чипе.[9] Эта функция позволила им монолитно интегрировать блоки усиления (активные волноводы, обеспечивающие усиление) с различными пассивными элементами, такими как ответвители, массивные волноводные решетки (AWG), оптические отводы, поворотные зеркала и т. Д. Некоторые из передовых фотонных схем Inplane Photonics, содержащие EDWA, были использованы Lockheed Martin при разработке новых высокоскоростных бортовых систем связи для ВВС США.[10] Позднее компания Inplane Photonics и ее технологии были приобретены CyOptics.[11]

Сравнение EDWA и EDFA

EDWA и EDFA трудно сравнивать без надлежащего контекста. Можно проанализировать, по крайней мере, три различных сценария или варианта использования: (1) автономные усилители, (2) автономные лазеры и (3) интегрированные компоненты.

Автономные усилители

EDWA обычно характеризуются более высокими концентрациями эрбия и фоновыми потерями, чем в обычных EDFA. Это приводит к относительно более высоким коэффициентам шума и меньшей мощности насыщения, хотя различия могут быть очень небольшими, иногда составляя доли дБ (децибел ).[12] Таким образом, для требовательных приложений, где важно минимизировать шум и максимизировать выходную мощность, EDFA может быть предпочтительнее EDWA. Однако, если физический размер устройства является ограничением, то EDWA или массив EDWA могут быть лучшим выбором.

Автономные лазеры

Оптический усилитель может использоваться как часть лазера, например а волоконный лазер. Некоторые параметры, такие как коэффициент шума, менее важны для этого приложения, и поэтому использование EDWA вместо EDFA может быть выгодным. Лазеры на основе EDWA могут быть более компактными и более тесно интегрированными с другими лазерными компонентами и элементами. Эта особенность позволяет создавать очень необычные лазеры, которые трудно реализовать другими способами, как продемонстрировала исследовательская группа Массачусетского технологического института, которая создала очень компактный фемтосекундный лазер с очень высокой частотой повторения.[13]

Интегрированные компоненты

Оптический усилитель может также использоваться в качестве компонента в более крупной системе для компенсации оптических потерь от других компонентов в этой системе. Технология EDWA позволяет потенциально создавать целую систему с использованием одной интегральной оптической схемы, как в системе на кристалле,[14] а не сборку отдельных волоконно-оптических компонентов. В таких системах EDWA может иметь преимущество перед решениями на основе EDFA из-за меньшего размера и потенциально более низкой стоимости.

Рекомендации

  1. ^ «EDWA: новый претендент на оптическое усиление». www.fiberopticsonline.com. Получено 2017-04-10.
  2. ^ «Волноводный оптический усилитель». 1998-09-23. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ "TEEM PHOTONICS | Главная". www.teemphotonics.com. Получено 2017-04-11.
  4. ^ «Аппаратура и метод для интегрированных фотонных устройств, имеющих избирательность по усилению и длине волны». 2001-11-27. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ Блондер, Г. Э. (1990-11-01). "Лабораторные исследования кремниевой оптики в лабораториях AT T Bell". LEOS '90. Материалы конференции Ежегодное собрание Общества IEEE по лазерам и электрооптике, 1990 г.: 350–353. Дои:10.1109 / LEOS.1990.690603. ISBN  978-0-87942-550-0. S2CID  118002008.
  6. ^ Hehlen, Markus P .; Кокрофт, Найджел Дж .; Gosnell, T. R .; Брюс, Аллан Дж. (1997). «Спектроскопические свойства натриево-силикатных и алюмосиликатных стекол, легированных Er3 + и Yb3 +». Физический обзор B. 56 (15): 9302–9318. Bibcode:1997PhRvB..56.9302H. Дои:10.1103 / Physrevb.56.9302.
  7. ^ Шмулович, Дж .; Брюс, А. Дж .; Lenz, G .; Hansen, P. B .; Nielsen, T. N .; Muehlner, D. J .; Bogert, G.A .; Brener, I .; Ласковски, Э. Дж. (1 февраля 1999 г.). «Интегрированный планарный волноводный усилитель с чистым усилением 15 дБ на длине волны 1550 нм». Конференция по оптоволоконной связи, 1999 г., и Международная конференция по интегрированной оптике и оптоволоконной связи OFC / IOOC. Технический дайджест. Приложение (8): PD42 / 1 – PD42 / 3 Suppl. Bibcode:1999OptPN..10Q..50S. Дои:10.1109 / OFC.1999.766203. S2CID  15101065.
  8. ^ Inc., Inplane Photonics. «Inplane Photonics представляет первый в отрасли усилитель перестраиваемой дисперсии». www.prnewswire.com. Получено 2017-04-11.
  9. ^ Фролов, С. В. (01.03.2006). «Разработка и интеграция волноводных усилителей». 2006 Конференция по оптоволоконной связи и Национальная конференция инженеров по оптоволокну: 3 стр .–. Дои:10.1109 / OFC.2006.215353. ISBN  978-1-55752-803-2. S2CID  44189860.
  10. ^ «Компания Inplane Photonics получила контракт с Lockheed Martin на разработку передовой оптики». www.businesswire.com. Получено 2017-04-11.
  11. ^ «CyOptics приобретает Inplane Photonics; расширяет фотонные интегральные схемы». www.m militaryaerospace.com. Получено 2017-04-11.
  12. ^ Шмулович, Иосиф; Muehlner, D. J .; Брюс, А. Дж .; Delavaux, J.-M .; Lenz, G .; Gomez, L.T .; Laskowski, E.J .; Paunescu, A .; Пафчек, Р. (2000-07-12). «Последние достижения в области волноводных усилителей, легированных эрбием». Комплексные исследования фотоники (2000), статья IWC4. Оптическое общество Америки: IWC4. Дои:10.1364 / IPR.2000.IWC4. ISBN  978-1-55752-643-4.
  13. ^ Byun, H .; Pudo, D .; Фролов, С .; Hanjani, A .; Шмулович, Дж .; Ippen, E. P .; Картнер, Ф. X. (2009-06-01). «Интегрированный фемтосекундный волноводный лазер 400 МГц с низким джиттером». Письма IEEE Photonics Technology. 21 (12): 763–765. Bibcode:2009IPTL ... 21..763H. Дои:10.1109 / LPT.2009.2017505. HDL:1721.1/52360. ISSN  1041-1135. S2CID  2746357.
  14. ^ «Приобретение технологии ПЛК« Кремний-на-кремнии »расширяет набор инструментов CyOptics для фотонных интегральных схем».